Effects of leachate from understory medicinal plants on litter decomposition and soil enzyme activities of Betula albo-sinensis and Eucommia ulmoides

Aims Forest litter decomposition is an important factor affecting nutrient cycling and ecosystem stability. In a complex system with forest and understory medicinal plants, leachate from the medicinal plants enriched in plant secondary metabolites (PSM) may inhibit litter decomposition and soil enzyme activity of forest trees. Thus, inspection on whether or not this phenomenon exits is one important basis for selecting understory medicinal plants.Methods In this paper, typical forest species Betula albo-sinensis and Eucommia ulmoides and six species of common medicinal plants (Corydalis bungeana, Mentha haplocalyx, Houttuynia cordata, Nepeta cataria, Gynostemma pentaphyllum and Prunella vulgaris) in Qinling Mountains area were taken as objects, and the litter decomposition experiment was carried out. The leachate (water-extraction solution) from the stems and leaves of the medicinal materials were sprayed onto the litter in order to study the effects of leachate from understory plants on forests litter decomposition, nutrient release (carbon, nitrogen and phosphorus) and soil enzyme activity.Important findings For litter of B. albo-sinensis, the decomposition half-life and the turnover period were extended by 76% and 4.3 times, respectively, under H. cordata leachate treatment and the inhibitory effects on the release of carbon and nitrogen were also significant. While under G. pentaphyllum leachate treatment, the half-life of litter decomposition and turnover period were extended by 35% and 2.7 times, respectively, and the inhibitory effects on the release of carbon, nitrogen and phosphorus were all significant. The leachate from these two species of medicinal plants displayed significant inhibitory effects on seven kinds of soil enzymes (invertase, carboxymethyl cellulase, β-glucosidase, dehydrogenase, polyphenol oxidase, protease and phosphatase) activity. For litter of E. ulmoides, the decomposition half-life and the turnover period were extended by 1.7 times and 4.2 times respectively, under H. cordata leachate treatment; while they were extended by 1 times and 9 times respectively, under G. pentaphyllum leachate treatment. The leachate from these two species of medicinal plants displayed significant inhibitory effects on the release of carbon, nitrogen and phosphorus from litter decomposition and the activities of all seven kinds of soil enzymes. Therefore, results suggested that H. cordata and G. pentaphyllum should not be planted under B. albo-sinensis and E. ulmoides forests, or the interplanting density must be low to reduce the inhibitory effects of litter decomposition.     

植物次生代谢物对植食性哺乳动物营养和生理生态特征的影响

植物次生代谢物对植食性哺乳动物的营养和生理生态效应是动植物相互关系研究中的一个重要方面。本文简要介绍了植食性哺乳动物处理植物次生代谢物的一般途径,着重阐述了植物次生代谢物对植食性哺乳动物的营养和生理特征的限制方式,并对决定植食性哺乳动物处理植物次生代谢物能力差异性的相关因素进行了探讨。最后,结合国际上的研究趋势,论述了国内开展此类研究的方向和重点。     

棉铃虫迁飞规律及其与寄主植物的互作关系研究进展概况

用飞行磨、透射电镜、风洞等测定了棉铃虫Helicoverpa armigera(Htibner)成虫的飞行能力和飞行肌结构的变化,结合不同虫源滞育条件及抗寒能力比较、蛹与成虫的形态学比较及分子生物学标记、幼虫抗药性地理分布、海轮上捕捉、成虫携带花粉的分析和小规模成虫颜色标记-释放-回收试验,证明棉铃虫是一种典型的兼性迁飞性害虫;初步推断辽河流域特早熟棉区的棉铃虫虫源来自黄河流域棉区,各相邻的棉区之间有频繁的棉铃虫种群交流。观察棉铃虫触角上不同类型嗅觉感器的形态和分布,用EAG、GC-EAG、GC-MS等测试分析了棉铃虫对不同植物各器官抽提物的电生理反应及抽提物中的活性组分。发现吸引棉铃虫取食的挥发性它感化合物主要为极性较小的单萜烯类,而吸引其产卵的主要为倍半萜烯类及其它一些极性较大的化合物。改进了测定棉株内抗生性次生代谢产物的定性、定量方法,研究了棉酚、单宁对棉铃虫发育、繁殖的影响及2类次生物间的交互作用,通过杂交初步探讨了棉花常规抗虫性的遗传特性,并尝试了切断胚轴和转Bt基因内生菌处理棉花增强抗虫性的作用。认为在利用棉花自然抗虫性的同时,应结合各种人为手段增强其抗性,使其在棉铃虫猖獗条件下发挥更大的控制作用。从气候、营养、天敌、抗药性等方面研究了棉铃虫猖獗原因,初步认为：气候干旱是棉铃虫暴发的最主要环境条件,施肥水平特别是施氮量的日益增高是棉铃虫严重性上升的主要物质基础,而不合理使用化学农药是造成棉铃虫种群失控的主要人为因子。     

伴生细菌在入侵种桉树枝瘿姬小蜂克服桉树抗性中的作用

【目的】桉树枝瘿姬小蜂是我国近年来发现的一种主要危害桉属树种的外来有害生物。本研究旨在通过探究中国桉树枝瘿姬小蜂主要伴生细菌在桉树枝瘿姬小蜂成功定殖中的作用。【方法】测定不同抗性品系桉树的次生代谢物质黄酮和单宁的含量以及易感品系桉树在枝瘿姬小蜂危害前后的含量变化。通过体外抑菌和化学物质降解实验,探究桉树枝瘿姬小蜂主要伴生细菌对抗虫性物质黄酮和单宁的耐受性及降解能力。【结果】抗性品系桉树的黄酮和单宁的含量明显高于易感品系,易感品系在桉树枝瘿姬小蜂危害后黄酮和单宁的含量显著提高;高浓度的黄酮和单宁会抑制桉树枝瘿姬小蜂伴生细菌的生长,在中低浓度黄酮和单宁的条件下,主要伴生细菌能够适应,并继续繁殖;桉树枝瘿姬小蜂伴生细菌具有一定的降解黄酮和单宁的能力,其中细菌Staphylococcus cohnii降解黄酮的能力比Pseudomonas geniculate稍强,而Bacillus wiedannii、Serratia macescens对单宁具有较强的降解能力。【结论】桉树枝瘿姬小蜂侵染桉树后,可以诱导桉树产生抗性,桉树产生大量的次生代谢物质来抵御桉树枝瘿姬小蜂的危害,而桉树枝瘿姬小蜂部分伴生细菌可降解桉树次生代谢物质来帮助小蜂克服植物抗性完成定殖。     

植物ABC和MATE转运蛋白与次生代谢物跨膜转运

植物产生大量的次生代谢物,不但对植物自身适应性具有极其重要的作用,而且有着巨大的实用价值。次生代谢物的跨膜转运是植物次生代谢工程研究的一个新兴领域。ABC（ATP-binding cassette）和MATE（multidrug and toxin extrusion）转运蛋白与生物体内多种物质的跨膜转运有关,在植物次生代谢物的运输过程中均发挥着重要作用。文章主要综述了ABC和MATE转运蛋白在植物次生代谢物跨膜转运中的研究进展。     

细菌肥料Agr、PfPt和Mic对曼地亚红豆杉幼苗生长和次生代谢物含量的影响

运用单因素随机区组设计,在田间栽培条件下,对曼地亚红豆杉(Taxus media Rehder)1年生幼苗施用3种细菌肥料﹝放射性土壤杆菌肥料(Agr)、荧光假单胞菌肥料(PfPt)和微球菌肥料(Mic),浓度为2×107 CFU·mL-1,施肥2次﹞,对翌年生长期幼苗株高和冠幅的增长量变化以及枝叶中4种次生代谢物﹝紫杉醇、三尖杉宁碱、10-去乙酰紫杉醇和10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ(10-DAB Ⅲ)﹞含量进行比较分析。结果表明：施用Agr、Mic和PfPt后的翌年11月份,曼地亚红豆杉幼苗株高和冠幅的增长量均大于CK(不施肥,对照)组,其中,施用PfPt后幼苗株高增长量最大,且显著高于CK组(P<0.05);施用Mic后幼苗的冠幅增长量最大,但与CK组间无显著差异(P>0.05)。施用Agr、Mic和PfPt后枝叶中紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ含量均显著高于CK组,其中,施用Mic后紫杉醇含量最高,施用PfPt后三尖杉宁碱和10-DAB Ⅲ含量最高,且总体上显著高于其他处理组;施用Mic后10-去乙酰紫杉醇含量最高,且显著高于CK组及其他处理组,而施用Agr和PfPt后10-去乙酰紫杉醇含量与CK组无显著差异。研究结果显示：施用Agr、Mic和PfPt均对曼地亚红豆杉幼苗生长以及枝叶中次生代谢物积累有一定的促进作用,但不同细菌肥料的促进效应存在差异,因此,在曼地亚红豆杉的栽培过程中应根据不同需求选择适宜的细菌肥料。     

褐飞虱应对水稻抗虫物质麦黄酮刺激的唾液蛋白组学响应

为研究褐飞虱响应麦黄酮刺激的分子机理,应用差异蛋白质组学方法分析褐飞虱唾液腺响应麦黄酮刺激处理的蛋白质组变化趋势。结果表明,麦黄酮处理褐飞虱6 h差异蛋白数量90个,其中上调蛋白62个,下调蛋白28个;处理褐飞虱24 h差异蛋白数量27个,其中上调蛋白10个,下调蛋白17个,6 h的差异蛋白数量显著大于24 h。麦黄酮处理可以引起褐飞虱唾液腺丝氨酸蛋白酶及其同系物产生显著变化。通过对差异蛋白进行GO功能分析和KEGG通路分析,发现麦黄酮处理褐飞虱引起褐飞虱唾液腺蛋白变化主要集中在应激蛋白和代谢这两大类上,分别占了所有差异蛋白的50%以上,麦黄酮处理引起褐飞虱唾液响应蛋白主要参与了氨基酸代谢、唾液分泌系统、能量代谢、碳水化合物代谢等通路。     

植物诱导性直接防御

众所周知,植物对植食性昆虫危害的反应表现在3个方面：直接防御,间接防御,和耐害性。直接防御是指植物自身所具有的能影响寄主植物感虫性的所有特性。植物对昆虫危害的直接防御包括：限制食物供给,降低营养价值,减少偏嗜程度,破坏组织结构和抑制害虫代谢途径。目前已知的防御化合物主要包括植物次生代谢物质、昆虫消化酶（蛋白）抑制剂、蛋白酶、凝集素、氨基酸脱氨酶和氧化酶。植物在防御某种昆虫为害时多个因素往往具有累加效应或协同作用,并且对一种昆虫起主导作用的因素在防御另一种昆虫时可能仅仅起次要作用甚至根本不起作用。因此,对寄主植物基因表达、蛋白水平和活性以及代谢物含量在不同时空条件下进行广泛的定量和定性的高通量分析,不仅可以促进对植物直接防御机制的全面理解,而且有助于在农业生产中加快对作物抗性的特定靶标的鉴定。